画像クレジット：ハッブル
天文学者の国際チームは、ビッグバン後に銀河が非常に急速に形成されたという証拠を集めました。これは、宇宙が現在の年齢の10％しかなかった時代である、彼らがたった15億歳であることを意味します。これらの領域は非常に物質が密集していたため、これらのクラスターは非常に速く形成されたと考えられています。
過去90億年近くを振り返ると、天文学者の国際チームは若い宇宙で成熟した銀河を発見しました。銀河は、宇宙が50億歳、または現在の年齢の約35パーセントであるときに存在していた銀河のクラスターのメンバーです。銀河がビッグバンの直後に形成され始めたに違いないというこの説得力のある証拠は、天文学者の同じチームが時間をさかのぼって調べたときの観測によって支えられたのです。チームは、宇宙の誕生からわずか15億年、または宇宙の現在の年齢の10％である胚の銀河を発見しました。 「赤ん坊の銀河」は、今までに発見された中で最も遠い原始星団である、まだ発展途上の星団に存在しています。
NASAのハッブル宇宙望遠鏡に搭載されたAdvanced Camera for Surveys（ACS）を使用して、大規模クラスターRDCS 1252.9-2927とプロトクラスターTN J1338-1942を観測しました。 NASAのチャンドラX線天文台による観測により、そのエポックで最も巨大な既知のクラスターであるRDCS 1252の質量および重元素の含有量が明らかになりました。これらの観測は、幅広い宇宙時間にわたる銀河団の形成と進化を追跡するためのACS科学チームによる調整された取り組みの一部です。 ACSは、特にそのような遠方の物体の研究のために構築されました。
これらの発見は、宇宙の歴史の比較的早い段階で銀河が形成されたという観測と理論をさらに裏付けています。初期の宇宙におけるそのような巨大なクラスターの存在は、冷たい暗黒物質によって支配されている宇宙の多くのサブクラスターの合併からクラスターが形成される宇宙論モデルと一致します。しかし、冷たい暗黒物質の正確な性質はまだわかっていません。
最初のハッブル研究は、RDCS 1252の銀河が110億年以上前に（3以上の赤方偏移で）星の大部分を形成したと推定しました。結果は、Astrophysical Journalの2003年10月20日号に掲載されました。この論文の筆頭著者は、メリーランド州ボルチモアにあるジョンズホプキンス大学のジョンブレイクスリーです。
2番目のハッブル研究は、120億年以上前に存在した（赤方偏移4.1で）「幼児銀河」のプロトクラスターを初めて明らかにしました。これらの銀河は非常に若いので、天文学者はそれらの中で形成されている星の渦をまだ見ることができます。銀河は1つの大きな銀河の周りにグループ化されています。これらの結果は、Natureの2004年1月1日号に掲載されます。この論文の筆頭著者は、オランダのライデン天文台のジョージマイリーです。
「最近まで、宇宙が約50億歳しかなかったときにクラスターが存在すると人々は考えていませんでした」とブレイクスリーは説明しました。
「そのようなクラスターがあったとしても」とマイリーは付け加えた、「最近、天文学者は80億年前に存在したクラスターを見つけることはほとんど不可能であると考えていました。実際、クラスタリングがいつ始まったのかは誰にもわかりませんでした。今、それを目撃することができます。」
どちらの研究でも、天文学者はこれらのシステムが今日見られる銀河団の前駆細胞であると結論づけました。 「クラスターRDCS 1252は、現在のクラスターのように見えます」とメリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所のマークポストマンは述べ、両方の研究論文の共著者でもあります。 「実際、それを現代のクラスターの隣に置いたとしても、どちらがどちらであるかはわかりません。」
2つのクラスターの物語
ビッグバンの後、銀河はどうしてそんなに速く成長しますか？ 「金持ちが金持ちになるケースだ」とブレイクスリーは言った。 「これらのクラスターは非常に密度の高い領域にあるため、急速に成長しました。そのため、メンバー銀河を非常に速く構築するのに十分な材料があります。」
このアイデアは、大規模クラスターRDCS 1252のX線観測によって強化されています。チャンドラと欧州宇宙機関のXMM-ニュートンは、大規模クラスターに広がる高温ガスの巨大な雲の特性について、これまでに最も正確な測定値を天文学者に提供しました。華氏1億6千万度（摂氏7千万度）のガスは、クラスター内のほとんどの重元素のリザーバーであり、その総質量の正確なトレーサーです。欧州南天天文台（ESO）とその同僚のPiero Rosatiによる、RDCS 1252のX線観測を発表した論文は、2004年1月にAstronomical Journalに掲載されます。
「チャンドラの鋭い視力は、高温ガスのハローの形状を解決し、RDCS 1252がその年齢に対して非常に成熟していることを示しました」と、ROSAT X線望遠鏡でクラスターを発見したロサティは言いました。
RDCS 1252には何千もの銀河が含まれている可能性があります。しかし、これらの銀河のほとんどは、検出するには暗すぎます。しかし、ACSの強力な「目」はそれらの数百を特定しました。 ESOの超大型望遠鏡（VLT）を使用した観測により、クラスターまでの距離を正確に測定できました。 ACSにより、研究者は100個の銀河の形状と色を正確に特定し、それらに存在する星の年齢に関する情報を提供することができました。 ACSチームは、星団のほとんどの星は、宇宙が約20億年前にすでに形成されていると推定しました。さらに、X線観測により、ビッグバンから50億年後、周囲の高温ガスはこれらの星からの重元素で濃縮され、銀河から一掃されたことがわかりました。
RDCS 1252のほとんどの銀河が成熟に達し、静かな成人期に落ち着いている場合、遠方の原始星団に形成されている銀河は、エネルギッシュで手に負えない若者です。
原始星団TN J1338には、ハッブル画像の点のように見える小さな発達中の銀河に囲まれた巨大な胚銀河が含まれています。
支配的な銀河は、銀河の核の奥深くにある巨大なブラックホールによって燃料を供給される壮大な電波放射ジェットを生成しています。これらのジェットとガスの間の相互作用は、星の誕生の激流を刺激することができます。
電波望遠鏡によるエネルギッシュな電波銀河の発見により、天文学者はクラスターの大部分を構成する小さな銀河を探すようになりました。
「大規模なクラスターは宇宙の都市であり、その中の電波銀河は、形成が始まったばかりのときにそれらを見つけるために使用できる煙突です」とMiley氏は語った。
2つの調査結果は、さまざまな波長で遠くの宇宙のビューを提供する多くの異なる望遠鏡からの観測を組み合わせる力を強調しています。ハッブルの高度なカメラは、両方の遠方の銀河団の構造に関する重要な情報を提供しました。チャンドラとXMM-ニュートンのX線ビジョンは、RDCS 1252内の銀河が埋め込まれている原始ガスの基本的な測定と、そのクラスター内に含まれる総質量の正確な推定を提供しました。 VLTのような大規模な地上望遠鏡は、両方の銀河の距離と銀河の化学組成を正確に測定しました。
ACSチームは、これらの若い星団とその銀河が今日見られるものの形にどのように進化するかについての理解を固めるために、遠方の星団のさらなる観測を行っています。彼らの計画された観測には、近赤外線観測を使用して、RDCS 1252を含むいくつかのターゲットクラスターの星形成率を分析し、これらの大規模構造における星形成の宇宙史を測定することが含まれます。チームはまた、プロトクラスターの追加の例について、いくつかの超遠方の電波銀河の周りの領域を検索しています。チームの究極の科学的目標は、初期のエポックでの形成から始まり、今日までの進化の詳細を示す、クラスター進化の全体像を確立することです。
元のソース：ハッブルニュースリリース
